July 31, 2021
Menggunakan Data Genomik untuk Memprofilkan Sel Hidup dalam ASI Manusia in

Menggunakan Data Genomik untuk Memprofilkan Sel Hidup dalam ASI Manusia in

Sarah Nyquist, seorang mahasiswa PhD dalam program Biologi Sistem dan Komputasi MIT, menerapkan metode komputasi untuk bidang kesehatan reproduksi yang belum dipelajari, seperti komposisi seluler ASI. Kredit: Gretchen Ertl

Mahasiswa PhD Sarah Nyquist menerapkan metode komputasi untuk bidang kesehatan reproduksi yang belum dipelajari, seperti komposisi seluler ASI.

Sarah Nyquist mendapatkan pengenalan biologi pertamanya selama sekolah menengah, ketika dia mengambil kursus MIT online yang diajarkan oleh pelopor genomik Eric Lander. Awalnya tidak yakin apa yang diharapkan, dia dengan cepat menemukan biologi menjadi mata pelajaran favoritnya. Dia mulai bereksperimen dengan apa pun yang bisa dia temukan, dimulai dengan mesin PCR tua dan beberapa sayuran ruang makan.

Nyquist masuk perguruan tinggi sebagai jurusan biologi tetapi segera tertarik pada gaya kursus yang lebih praktis di kelas ilmu komputernya. Bahkan sebagai jurusan ilmu komputer dan magang musim panas dua kali di Google, biologi tidak pernah jauh dari pikiran Nyquist. Kelas favoritnya diajarkan oleh seorang profesor biologi komputasi: “Saya sangat bersemangat menggunakan ilmu komputer sebagai alat untuk menginterogasi pertanyaan biologis,” kenangnya.

Selama dua tahun terakhirnya sebagai sarjana di Rice University, Nyquist juga bekerja di laboratorium di Baylor College of Medicine, akhirnya ikut menulis makalah dengan Eric Lander sendiri.

Nyquist sekarang menjadi kandidat PhD yang mempelajari biologi komputasi dan sistem. Karyanya dibimbing oleh profesor Alex Shalek dan Bonnie Berger dan menggunakan pembelajaran mesin untuk memahami data genom sel tunggal. Karena teknologi ini dapat diterapkan pada hampir semua materi hidup, Nyquist dibiarkan memilih fokusnya.

Setelah beralih di antara ide-ide tesis potensial, Nyquist akhirnya memutuskan mempelajari laktasi, topik penting dan diabaikan dalam perkembangan manusia. Dia dan Brittany Goods postdoc saat ini menjadi bagian dari MIT Milk Study, studi longitudinal pertama yang memprofilkan sel-sel dalam ASI manusia menggunakan data genom sel tunggal. “Banyak orang tidak menyadari bahwa sebenarnya ada sel hidup dalam ASI. Penelitian kami adalah untuk melihat jenis sel yang berbeda dan apa yang mungkin mereka lakukan,” kata Nyquist.

Saat dia mulai belajar di MIT tentang penyakit menular, Nyquist sekarang senang menyelidiki pertanyaan sains dasar tentang kesehatan reproduksi orang-orang yang ditugaskan sebagai wanita saat lahir. “Mengerjakan disertasi saya telah membuka mata saya pada bidang penelitian yang sangat penting ini. Sebagai seorang wanita, saya selalu melihat banyak hal yang tidak diketahui tentang kesehatan reproduksi wanita,” katanya. “Gagasan bahwa saya dapat berkontribusi pada pengetahuan itu sangat menarik bagi saya.”

Kompleksitas susu

Untuk tesisnya, Nyquist dan timnya telah mengambil ASI dari lebih dari selusin donor. Sampel ini diberikan segera setelah melahirkan hingga sekitar 40 minggu kemudian, yang memberikan wawasan tentang bagaimana ASI berubah seiring waktu. “Kami mencatat banyak faktor lingkungan yang berubah, seperti apakah anak tersebut memulai penitipan anak, apakah ibu sudah mulai menstruasi, atau jika ibu mulai menggunakan kontrasepsi hormonal,” kata Nyquist. “Salah satu dari faktor-faktor ini dapat menjelaskan perubahan komposisi yang kami saksikan.”

Nyquist juga berhipotesis bahwa penemuan tentang ASI bisa menjadi proxy untuk mempelajari jaringan payudara. Karena jaringan payudara diperlukan untuk menyusui, para peneliti secara historis berjuang untuk mengumpulkan sampel jaringan. “Banyak yang tidak diketahui tentang komposisi seluler jaringan payudara manusia selama menyusui, meskipun itu menghasilkan sumber nutrisi awal yang penting,” tambahnya.

Secara keseluruhan, tim telah menemukan banyak heterogenitas antara donor, menunjukkan ASI lebih rumit dari yang diharapkan. Mereka telah menyaksikan bahwa sel-sel dalam susu terutama terdiri dari jenis sel struktural yang meningkat jumlahnya dari waktu ke waktu. Timnya berhipotesis bahwa transformasi ini bisa disebabkan oleh pergantian jaringan epitel payudara yang tinggi selama menyusui. Meski alasannya masih belum jelas, data mereka menambah pemahaman lapangan sebelumnya.

Aspek lain dari temuan mereka telah memvalidasi beberapa penemuan awal tentang sel-sel kekebalan penting dalam ASI. “Kami menemukan jenis makrofag dalam ASI yang telah diidentifikasi oleh peneliti lain sebelumnya di jaringan payudara tikus,” kata Nyquist. “Kami sangat senang bahwa hasil kami mengkonfirmasi hal serupa yang mereka lihat.”

Menerapkan penelitiannya ke Covid-19

Selain mempelajari sel dalam ASI, Nyquist telah menerapkan keahliannya untuk mempelajari sel-sel organ yang dapat terinfeksi Covid-19. Studi ini dimulai sejak awal pandemi, ketika Nyquist dan teman-teman labnya menyadari bahwa mereka dapat menjelajahi data seluler kolektif lab mereka dengan cara baru. “Kami mulai mencari untuk melihat apakah ada sel yang mengekspresikan gen yang dapat dibajak untuk masuk ke sel oleh virus Covid-19,” katanya. “Benar saja, kami menemukan ada sel-sel di jaringan hidung, paru-paru, dan usus yang lebih rentan untuk memediasi masuknya virus.”

Hasil mereka dipublikasikan dan dikomunikasikan kepada publik dengan cepat. Bagi Nyquist, ini adalah bukti bagaimana kolaborasi dan alat komputasi sangat penting dalam menghasilkan penelitian biologi generasi berikutnya. “Saya belum pernah mengerjakan proyek secepat ini sebelumnya — kami mampu menghasilkan angka hanya dalam dua minggu. Saya pikir itu mendorong publik untuk melihat bahwa para ilmuwan sedang mengerjakan ini dengan sangat cepat, ”katanya.

Di luar penelitiannya sendiri, Nyquist menikmati mentoring dan mengajar ilmuwan lain. Salah satu pengalaman favoritnya adalah mengajar coding di HSSP, program multiweekend untuk siswa sekolah menengah dan atas, yang dijalankan oleh siswa MIT. Pengalaman tersebut mendorongnya untuk memikirkan cara agar coding dapat didekati oleh siswa dari latar belakang apa pun. “Bisa jadi sulit untuk menentukan apakah mengirim pesan itu mudah atau sulit, karena keduanya bisa menakuti orang. Saya mencoba membuat orang cukup bersemangat untuk mempelajari dasar-dasarnya dan membangun kepercayaan diri untuk menyelam lebih jauh,” katanya.

Setelah lulus, Nyquist berharap untuk melanjutkan kecintaannya pada mentoring dengan mengejar karir sebagai profesor. Dia berencana untuk memperdalam penelitiannya tentang kesehatan rahim, dengan mempelajari bagaimana berbagai penyakit menular mempengaruhi jaringan reproduksi wanita. Tujuannya adalah untuk memberikan wawasan yang lebih luas tentang proses biologis yang telah lama dianggap tabu.

“Ini gila bagi saya bahwa kita harus belajar lebih banyak tentang topik-topik penting seperti menstruasi, menyusui, atau menopause,” kata Nyquist. “Misalnya, kami tidak mengerti bagaimana beberapa obat mempengaruhi orang secara berbeda selama kehamilan. Beberapa dokter memberi tahu orang hamil untuk tidak menggunakan antidepresan mereka, karena mereka khawatir itu akan mempengaruhi bayi mereka. Pada kenyataannya, ada begitu banyak yang sebenarnya tidak kita ketahui.”

“Ketika saya memberi tahu orang-orang bahwa ini adalah arah karir saya, mereka sering mengatakan bahwa sulit mendapatkan dana untuk penelitian kesehatan reproduksi wanita, karena hanya mempengaruhi 50 persen populasi,” katanya.

“Saya pikir saya bisa meyakinkan mereka untuk berubah pikiran.”